POPs活化星形膠質細胞的機制研究進展*

丁文潔，趙子軒，趙新元 綜述,吳啟運 審校

(南通大學公共衛生學院，江蘇南通 226019)

隨著工農業的快速發展，大量有毒化學品作為潛在污染物進入環境。其中持久性有機污染物(POPs)在人類生活環境中無處不在，已成為影響人類健康的主要環境因素之一[1-2]。由于具有生物蓄積特征，環境中低劑量的POPs如2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英(TCDD)、全氟辛烷基磺酸(PFOS)、多氯聯苯(PCBs)、雙酚A(BPA)等會不斷積聚在人體內，持續損傷多種組織，目前被報道具有致畸性、生殖障礙、內分泌干擾等有害效應[2-5]。近年來，神經退行性疾病的發病率持續升高，其發病與環境污染密切有關。以往的研究已經明確，POPs具有顯著的神經毒性[6]，相關機制是神經毒理學領域的研究熱點。

中樞神經系統(central nervous system,CNS)維持著高水平的代謝，導致大量自由基產生，也是對氧化應激最敏感的器官之一。星形膠質細胞作為CNS中最豐富的細胞類型，在維持CNS穩態中起重要作用。病理狀態下，星形膠質細胞活化，參與幾乎所有形式的神經損傷和神經性疾病。膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)是一種中間產物，在中樞神經系統紊亂時，能夠調節影響星形膠質細胞形態和功能的絲蛋白，是星形膠質細胞活化的標志物。許多研究人員已經證明GFAP可以作為神經毒性、創傷性腦損傷等過程的標記物被調控[7]。為加強對POPs神經毒性效應及機制的認識，本文對POPs活化星形膠質細胞的機制進行綜述。

1 TCDD

TCDD在環境中普遍存在，主要來源于工業副產品，包括醫療廢物和塑料的焚燒，氯紙漂白，殺蟲劑、除草劑和殺菌劑的制造等，具有較強的神經毒性[8]。例如，接觸TCDD的兒童神經系統發育受損，學習能力下降[9]。目前研究表明，不同類型的中樞神經系統細胞對TCDD暴露均有反應，包括神經元、小膠質細胞和星形膠質細胞[10]。

星形膠質細胞增生是一種由細胞肥大、增殖和功能障礙組成的復雜反應，已被證實與TCDD的神經毒性密切相關[11]。TCDD通過激活蛋白激酶B/信號轉導和轉錄激活因子(Akt/STAT3)通路增加細胞周期蛋白D1(cyclin D1)的表達，促進星形膠質細胞增殖[12]。核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號通路是相關研究的重點，在TCDD作用下，NF-κB通路可被轉化生長因子激酶1(TAK1)激活。具體來說，TAK1在TCDD誘導的反應性星形膠質細胞過程中迅速磷酸化，用siRNA寡核苷酸阻斷TAK1可顯著抑制TCDD誘導的NF-κB活化及星形膠質細胞活化。研究也發現Src抑制的蛋白激酶C底物(src-suppressed c kinase substrate,SSeCKS)可以被蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)激活，繼而介導星形膠質細胞活化[13]。進一步的研究證實，SSeCKS通過與泛素連接酶(TNF receptor associated factor 6，TRAF6)相互作用，繼而活化NF-κB信號通路，激活星形膠質細胞。

2 PFOS

PFOS是一種含氟飽和的八碳化合物，是許多全氟化合物的降解產物，由于其特殊的化學和物理性質，在商業和工業上有著廣泛的應用，如潤滑劑、阻燃劑、皮革和地毯的防污處理，食品包裝袋、化妝品、藥品和殺蟲劑成分[14]。PFOS被認為是一種具有持久性和生物積累性的有機污染物，可通過胃腸道、呼吸道和受傷皮膚被人體吸收。

很多研究表明，PFOS具有明顯的神經毒性效應，尤其是損傷神經元和膠質細胞。PFOS可誘導小膠質細胞、小腦顆粒細胞和神經元損傷。PFOS對神經元的損傷作用可能歸因于PFOS對星形膠質細胞的細胞毒性[15]。以C6細胞作為體外研究模型，低劑量的PFOS可增加星形膠質細胞的數量和GFAP的表達，說明星形膠質細胞活化。酶聯免疫吸附試驗(ELISA)和逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)分析表明，PFOS能促進白細胞介素-1β(IL-1β)的表達和分泌，且呈劑量和時間依賴性。此外，在C6膠質瘤細胞系中，PFOS可誘導NF-κB抑制蛋白α(IκBα)的磷酸化和降解，以及NF-κB從細胞質向細胞核的移位。因此，PFOS暴露后，NF-κB信號通路被激活。PFOS通過磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt和NF-κB途徑促進C6星形膠質細胞的炎癥活化。PFOS可上調促炎因子IL-1β mRNA的表達和蛋白分泌，并增加NF-κB p65亞基的磷酸化和IκBα中磷的降解，提示PFOS可誘導C6星形膠質細胞NF-κB活化，Akt信號通路對PFOS介導的NF-κB活化和炎性因子IL-1β的分泌起關鍵作用[12]。IL-1β是反應性星形膠質細胞增生最有效的誘導劑之一，它由活化的小膠質細胞和活化的星形膠質細胞產生[16]。PFOS暴露導致IL-1β表達增強，這涉及誘導炎癥級聯反應的機制，并表明了潛在的促炎癥作用[17]。此外，研究者還發現PFOS處理激活了PI3K/Akt信號通路的磷酸化，在PFOS誘導的星形膠質細胞活化中起著不可或缺的作用。

3 PCBs

PCBs是20世紀30年代開始在世界范圍內大量生產的合成有機化合物，用于各種工業應用和商業產品[18]。PCBs水平與神經發育障礙(neuro developmental disorders，NDD)風險增加相關，包括自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorder，ASD)[19]和注意缺陷多動障礙(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)[20]。尸體解剖時對多種多氯聯苯和多溴聯苯醚的分析表明，與對照組相比，患有自閉癥綜合征的兒童大腦中PCBs水平較高，但其他分析物水平不高[21]，PCBs可能破壞細胞內的信號傳導通路，這種作用可能與發育神經毒性有關[22]。

在中樞神經系統中，膠質細胞分化的改變會影響大腦功能。以大鼠C6細胞系為體外模型，24 h PCBs的亞毒濃度(3或9 μmol/L)處理后，可降低GFAP水平和阻斷細胞形態向嗜酸細胞表型的改變，雙丁酰環磷酸腺苷(dibutyryl-cAMP)誘導的細胞分化受損。添加蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)抑制劑雙吲哚馬來酰亞胺可有效恢復甲醇中多氯聯苯(aroclor1254，A1254)的抑制作用，表明PCBs通過PCK途徑干擾了Dibutyryl-cAMP誘導的C6細胞星形細胞分化。STAT3的磷酸化對于Dibutyryl-cAMP誘導的C6細胞中GFAP啟動子的轉錄至關重要。結果表明，A1254(3或9 μmol/L)暴露24 h抑制cAMP誘導的STAT3磷酸化；此外，A1254降低Dibutyryl-cAMP依賴性的STAT3磷酸化需要抑制PKC活性。上述結果證實PCBs在膠質細胞星形膠質細胞分化過程中誘導cAMP/PKA和PKC信號通路的擾動。

4 BPA

BPA是一種眾所周知的外源性雌激素，廣泛應用于聚碳酸酯塑料的生產，是食品和飲料容器保護涂層中廣泛使用的成分。由于BPA被用于制造各種消費品，因此與公眾有許多接觸。例如：(1)由于BPA在生產、使用和處置過程中的釋放而直接和間接暴露于環境中；(2)通過食物攝??；(3)接觸或吸入非食源性消費品[23]。幾項研究報道顯示，人類每天攝入的BPA為1 μg/kg，并在各個器官中累積[24]。許多文獻報道，BPA具有神經毒性并可引起某些行為缺陷[25-26]。

體內BPA暴露通過自由基介導的機制破壞蛋白質和脂質結構，從而導致神經損傷[27]。例如BPA通過氧化應激和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路誘導海馬神經元凋亡。有實驗檢測BPA暴露后星狀形態和膠質纖維酸性蛋白水平的改變，發現用BPA處理后，GFAP陽性星形膠質細胞發生形態學改變，GFAP表達增加。用BPA處理小鼠純化的星形膠質細胞和神經元膠質細胞共培養物可激活星形膠質細胞。需要注意的是，這種激活作用和處理劑量關系密切。用1 pmol/L或1 μmol/L的BPA處理可引起星形膠質細胞的強烈活化，而用1 nmol/L BPA處理對星形膠質細胞的形態無明顯影響[28]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)是神經元細胞凋亡的標志,高濃度BPA顯著誘導caspase-3活化。BPA誘導的多巴胺對鈣離子(Ca2+)反應的增強可導致神經元和星形膠質細胞中樞多巴胺能神經傳遞的興奮性增加，表明BPA誘導的神經元和星形細胞多巴胺能傳遞的增強，可能導致對嗎啡心理依賴的發展[29]。

5 其 他

壬基酚(nonylpheno，NP)作為穩定的裝飾產物，在環境中廣泛存在，但是由于NP水溶性差，疏水性高，降解率低，因此NP在地表水、污泥固體和活生物體中積累并持續存在，并進入食物鏈[30]。人類暴露于來自受污染飲用水、食品、母乳、食品容器和個人護理產品中的NP[31]。

有研究表明，通過免疫熒光染色來評估GFAP的表達，暴露于NP會導致小腦功能障礙[32]。結果表明，母體暴露于NP的后代小腦星形膠質細胞增多。圍生期暴露于NP通過破壞少突膠質細胞和星形膠質細胞之間的分化平衡而阻止少突膠質細胞的形成[33]。圍生期暴露于NP導致子代小腦髓鞘形成延遲，而這種小腦髓鞘形成的缺陷在成年后恢復正常[34]。此外，NP暴露使成熟少突膠質細胞減少，星形膠質細胞增多，這可能是NP引起髓鞘形成延遲的原因。最后，暴露于NP的后代細胞中BMP信號被激活。骨形態發生蛋白信號的激活可能是暴露于NP的子代小腦少突膠質細胞生成減少和星形膠質細胞生成增加，以及隨后髓鞘形成延遲的基礎[35]。

多溴聯苯醚(PBDEs)是一類重要的溴化阻燃劑，用于紡織品、電子設備、個人電腦和電視機的柜子及各種其他塑料制品。PBDEs可以在塑料的使用壽命內緩慢釋放，隨泡沫和其他產品進入食物鏈和人群[36]。PBDEs已在沉積物、污水污泥、鳥類和鳥卵、海洋哺乳動物和淡水魚中檢測到，此外，在母乳中也發現了PBDEs[37]。

這些發現使人們關注PBDEs對嬰兒可能產生的影響，部分原因是在動物和人體研究中獲得PCBs，其結構與PBDEs相似，有大量的證據表明其發育效應特別是對神經系統的影響。有證據表明PBDEs可能是發育性神經毒性物質，因為在圍生期暴露后發現了行為、神經化學和激素缺陷[38-39]。

6 小 結

POPs的神經毒性越來越受到學者的重視，且研究正不斷深入。POPs容易穿越血腦屏障，激活星形膠質細胞、小膠質細胞和神經元的先天免疫反應，繼而產生神經毒性。研究表明POPs干擾內源性抗氧化防御系統、炎癥通路及神經遞質的調節。

為了更好地研究POPs暴露和星形膠質細胞活化之間的關系，還應使用轉基因小鼠，并結合更多的人群數據及生物學樣本進行驗證。更進一步，除了POPs對星形膠質細胞本身的毒性，還需要研究不同細胞之間的互作反應。從目前的報道可知，研究POPs對星形膠質細胞活化的影響時多以各種體外細胞及體內動物為模型，人群證據尚且不足，因此還存在一定的局限性。研究POPs影響星形膠質細胞的活化機制對干預POPs的神經毒性具有重要意義。